Le laboratoire Ames du département américain de l'Énergie a mis au point une méthode d'analyse informatique qui peut aider à prédire la composition et les propriétés des alliages haute performance non encore fabriqués.

Ces matériaux sont constitués d'éléments multiples (quatre ou plus) et très recherchés pour leurs structures simples, excellentes propriétés mécaniques sur une large plage de températures, et une meilleure résistance à l'oxydation ou à la corrosion. Les progrès de ces matériaux pourraient conduire à une amélioration des performances des moteurs à réaction et de l'efficacité énergétique, ainsi que d'autres applications dans les industries où les pièces mécaniques doivent fonctionner dans des environnements difficiles.

"Ce qui est traditionnellement fait dans la conception de matériaux, c'est peaufiner ce que nous savons sur les matériaux qui ont déjà été découverts, et nous savons que même de petits changements dans la composition des alliages peuvent entraîner de grands changements dans leurs propriétés, " a déclaré Duane Johnson, Scientifique du laboratoire Ames et théoricien informatique. "Mais cela signifie qu'il y a une tonne de territoire non découvert là-bas, en particulier dans les alliages constitués de quatre éléments ou plus."

Compte tenu du grand nombre de combinaisons possibles de compositions d'alliages, il serait difficile pour les expérimentateurs de savoir où chercher le prochain nouvel alliage à haute entropie. Non seulement que, les alliages à haute entropie sont notoirement difficiles à fabriquer, nécessitant des matériaux coûteux et des techniques de traitement spécialisées. Même à ce moment là, les tentatives en laboratoire ne garantissent pas qu'un composé théoriquement possible est physiquement possible, encore moins potentiellement utile.

"Un bon endroit pour commencer alors, " dit Johnson, "est capable de dire aux expérimentateurs où NE PAS chercher." En utilisant une approche de calcul à haut débit, les chercheurs ont utilisé une méthode de structure électronique unique pour prédire les propriétés de toute composition arbitraire d'alliage à haute entropie, évaluer simultanément leur capacité à former une solution solide dans des structures simples, leur ordre atomique, leur stabilité chimique, et leurs propriétés mécaniques à des températures changeantes.

"Nos calculs répondent à un certain nombre de questions, le plus important étant « est-ce que cela vaut même la peine de regarder ici ? » a déclaré Johnson. « Nous pouvons réduire l'espace de conception pour les systèmes multi-composants, et encerclez le(s) domaine(s) sur lequel se concentrer pour les matériaux les plus prometteurs pour l'investigation ou le développement. »

La recherche est discutée plus en détail dans le document, "Conception d'alliages solides-solutions complexes réfractaires à haute résistance, " écrit par Prashant Singh, Aayush Sharma, UN V. Smirnov, Mouhamad S. Diallo, Pratik K. Ray, Ganesh Balasubramanian et Duane D. Johnson; et publié dans Matériaux de calcul npj .